§ 47. Химические свойства солей

Определения и обозначения

Ряд активности металлов — расположение металлов по убыванию их способности вступать в реакции. Если металл стоит выше другого, он обычно вытесняет его из раствора соли. Ряд помогает заранее определить, возможна ли реакция замещения.

Реакция замещения — реакция, в которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Для металла и соли общая схема такова: A + BC → AC + B. Это позволяет понять, почему в растворе появляются новая соль и выделяется другой металл.

Реакция обмена — реакция между двумя сложными веществами, при которой они обмениваются составными частями. Общая схема взаимодействия растворов солей: AB + CD → AD + CB. По этой схеме составляют продукты, а затем проверяют, возможна ли реакция.

Условия протекания реакции обмена — образование осадка, газа или слабого электролита, например воды. Эти продукты удаляются из раствора или образуются в малом количестве, поэтому обратное превращение затрудняется. Если все вещества остаются растворимыми и сильными электролитами, реакция обычно не идёт до конца.

Как это устроено

При взаимодействии металла с раствором соли более активный металл отдаёт электроны легче, чем менее активный, и замещает его в составе соли. Например, железо расположено в ряду активности выше меди, поэтому Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Медный металл выделяется, а раствор постепенно может изменить окраску из-за образования соли железа. Металл, стоящий ниже меди, такую реакцию обычно не вызовет.

Соль реагирует с кислотой не просто из-за смешивания двух растворов. Реакция поддерживается, если один из продуктов удаляется из раствора: выпадает осадок, выделяется газ или образуется вода. Так, BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl идёт из-за нерастворимого сульфата бария, а Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ — из-за выделения углекислого газа.

При взаимодействии соли со щёлочью происходит обмен ионами, поэтому образуются новая соль и новое основание. Например, CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄. Гидроксид меди(II) не растворяется в воде и выпадает в виде осадка, поэтому обмен не прекращается сразу. Если оба возможных продукта растворимы, такая реакция обычно не имеет заметного результата.

Две соли в растворе могут обменяться ионами, но реакция будет протекать до конца только при появлении осадка или газа. При смешивании NaCl и AgNO₃ образуется AgCl↓, поэтому уравнение имеет вид NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃. Чтобы составить схему, меняют местами катионы и проверяют растворимость новых веществ. Затем формулы уточняют по зарядам ионов и уравнивают.

Некоторые соли при нагревании становятся неустойчивыми и распадаются на несколько веществ. Состав продуктов зависит от вида соли: CaCO₃ → CaO + CO₂, а 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O. Поэтому нельзя подставлять одинаковую схему для всех солей. Нужно знать или определить, какие вещества образуются при разложении конкретной соли.

Химические свойства солей

Сначала найдите в таблице тип взаимодействия, затем проверьте его условие. После этого составьте формулы продуктов и расставьте коэффициенты, не изменяя индексы внутри формул.

Разбор задач

Железо и сульфат меди(II)

Условие. Определим, вытеснит ли железо медь из раствора CuSO₄. Для этого сравним металлы по ряду активности и запишем реакцию. Важно учитывать, что железо находится выше меди.

1. Железо активнее меди, поэтому оно может заменить медь в составе соли.
2. Образуются соль железа FeSO₄ и свободная медь Cu.
3. Проверяем атомы: Fe, Cu, S и O уже уравнены в соотношении 1:1:1:4.

Ответ: железо вытесняет медь. Уравнение: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Хлорид натрия и нитрат серебра

Условие. Смешаем растворы NaCl и AgNO₃ и выясним, появится ли продукт, удаляющийся из раствора. Нужно обменять составные части солей и проверить растворимость новых веществ. Хлорид серебра нерастворим в воде.

1. Катион Ag⁺ соединяется с хлорид-ионом Cl⁻ и образует AgCl.
2. Оставшиеся ионы Na⁺ и NO₃⁻ образуют растворимый NaNO₃.
3. Коэффициенты равны единице, потому что число атомов и зарядов уже совпадает.

Ответ: реакция идёт с образованием белого осадка. Молекулярное уравнение: NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃.

Карбонат натрия и соляная кислота

Условие. Карбонат натрия реагирует с соляной кислотой, потому что при обмене образуется угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ. Поэтому наблюдается выделение пузырьков газа. Сначала определим продукты, затем уравняем реакцию.

1. Na⁺ соединяется с Cl⁻, поэтому образуется NaCl.
2. Из H₂CO₃ образуются H₂O и CO₂↑.
3. Для двух хлорид-ионов нужны две молекулы HCl: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.

Ответ: реакция протекает из-за образования газа и воды. Уравнение: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.

Типичные ошибки

Любой металл вытесняет другой металл. Так считать нельзя: металл должен быть активнее вытесняемого и подходить для реакции с раствором. Сверяйте оба металла с рядом активности и учитывайте, что некоторые металлы реагируют с водой.

Любые растворы солей реагируют между собой. Обмен ионами сам по себе ещё не означает протекание реакции до конца. Проверьте, появился ли осадок, газ или слабый электролит.

Формулы продуктов записывают наугад. Из-за этого нарушаются заряды ионов, например неверно составляется формула гидроксида или соли. Сначала определите заряды частиц, составьте правильные формулы, а потом уравнивайте.

Нагревание считают обязательным условием реакции соли с кислотой. Нагревание относится только к тем процессам, где оно нужно для разложения или ускорения реакции. Проверяйте не способ смешивания, а наличие осадка, газа или слабого электролита среди продуктов.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о составе и названиях солей, кислот и оснований, а также правила составления формул веществ. Заряды ионов помогают правильно записывать продукты обмена. Без этих навыков уравнение реакции будет трудно проверить.

Тема опирается на умение составлять и уравнивать химические уравнения и пользоваться рядом активности металлов. Эти действия позволяют отличить возможную реакцию от невозможной. Они также помогают предсказывать наблюдаемые признаки процесса.

Знания пригодятся при изучении ионных реакций и качественных реакций на ионы. По осадку или газу можно распознавать некоторые вещества. Химические свойства солей также связаны со способами получения новых веществ.

Что запомнить

• Более активный металл может вытеснить менее активный из раствора его соли.
• В реакциях обмена продукты образуются при обмене составными частями исходных веществ.
• Реакция обмена в растворе обычно идёт до конца, если образуется осадок, газ или вода.
• При составлении уравнения сначала определяют формулы продуктов, затем расставляют коэффициенты.
• Некоторые соли разлагаются при нагревании.
• Возможность реакции проверяют по её условиям, а не только по составу исходных веществ.